Проектирование энергоэффективных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование энергоэффективных зданий

А.С. Столяр, Н.Н. Панчук

ТОГУ, Хабаровск, Россия.

Абстракт

Количество потребляемой энергии в мире с каждым годом растет. 38 % энергии потребляет строительная отрасль. Энергия используется для производства материалов, транспортировку, строительство, эксплуатацию (отопление, кондиционирование, освещение). При этом строительные работы оказывают серьезное влияние на окружающую среду. Например, одним из главных источников тепловых выбросов в атмосферу углекислого газа являются здания, что в свою очередь влечет за собой проблему парникового эффекта. Энергоэффективные подходы в проектировании имеют потенциал сэкономить энергию и снизить в значительной мере пагубное влияние на природу. В данной статье рассмотрены такие энергосберегающие методы проектирования как: выбор места строительства с правильной ориентацией здания и оптимизация геометрии архитектурных сооружений с целью повышения их энергоэффективности. Определена оптимальная форма и соотношение размеров проектируемого сооружения.

Ключевые слова: проектирование, энергоэффективные здания, ориентация здания, оптимизация геометрии, показатель компактности здания.

Abstract

ENERGY-EFFICIENT BUILDING DESIGN

A.S. Stoliar, N.N. Panchuc

PNU, Khabarovsk, Russia

The total amount of the energy used in the world is growing every year. 38% of energy used in construction field. Energy is used for the production of the material, transportation, construction, operation (heating, air conditioning and lighting). At the same time, construction work has a serious impact on surrounding environment. For example, one of the main source of thermal emission of carbon dioxide is buildings, which the cause of the greenhouse effect. Improving the energy efficiency helps us to reduce the energy loss, and it also reduce the damage to nature. In this article I discuss about how to improve energy efficiency (for example, the way of choosing the correct orientation of the building and optimizing the geometry of architectural structures). Selected a suitable location of the building in the zones. The optimal shape and size ratio of the designed structure has been determined.

Keywords: design, energy efficient building, orientation of the building, geometry optimization, building compactness indicator.

Введение

Благодаря электрификации, потребление электроэнергии в глобальном масштабе быстро увеличивается. Согласно статистике мировой энергетики за последние годы спрос на электроэнергию вырос в Канаде, Турции, в Японии (впервые с 2013 г.), в Индии, Индонезии, Италии, Германии. Потребление электроэнергии также значительно выросло в Иране, Египте, а в Китае наполовину мирового потребления энергии, в связи с восстановлением промышленности и бурным ростом городов. При этом рост потребления энергетических ресурсов увеличивает нагрузку на природу, истощает её ресурсы. Расходуются уголь, газ, нефть, запасы которых не безграничны, в процессе вырабатывая двуокись углерода (CO2) вещества, который является парниковым газом, и др. вредные вещества.

Опыт стран в сфере энергосбережения

проектирование энергоэффективныое здание

Особо остро вопрос о необходимости энергосбережения встал после Нефтяного кризиса 1973 г. В странах Европы и Азии стали осуществляться первые программы по снижению энергоемкости, началось строительство энергоэффективных зданий.

В России Закон (ФЗ 261) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» появился относительно недавно и был подписан Президентом РФ в 2009 году. Требования закона должны привести к значительному сокращению энергопотребления в стране и по данным Всемирного банка, позволить России экономить до 150 млрд. руб. федерального бюджета в год.

Местоположение здания с правильной ориентацией здания

Местоположение здания определяет условия миклоклимота, которые играют важную роль в определении энергоэффективности (рис. 1). Солнечная радиация, скорость и температура воздуха, влажность влияют на затраты энергии. Правильное расположение проектируемого объекта поможет сократить затраты на энергию в значительной мере и извлечь выгоду от возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер. Для обеспечения защиты от ветра и солнца, ориентация здания должна соответствовать климатическим условиям региона. По законам физики холодный воздух опускается вниз, поэтому в холодных регионах лучше размещать здания на склонах, а не в низинах. Расположения на склонах так же снижает процент поступающего естественного освещения летом, зимой увеличивается. Следовательно, уклон земли, количество поступающего света являются важными параметрами.

Самая теплая сторона - южная. Зимой южный склон получает больше всего тепла и испытывает наименьшее затемнение. Идеально подходит для холодного климата и размещения жилых помещений. Западный склон является самым жарким в полуденное время. Лучше избегать западных вершин холмов. Северный склон является самым тенистым и холодным. Подходит для жаркого лета и зданий, где не требуется большое количество солнечной радиации: санузлы, подсобные помещения. Восточный склон умеренно теплый. Подходит для умереннохолодной зимы и жаркого лета. Вершина холма самая ветреная. Она подойдет для жаркого климата (рис. 2).

Оптимизация геометрии архитектурных сооружений с целью по вышения их энергоэффективности. Геометрическими показателями согласно СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий являются: общая площадь ограждающих конструкций, отапливаемый объём, коэффициент остекленности фасада и показатель компактности здания. Показатель компактности здания определяется по формуле:

где Aseum - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения, м2; Vh - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания, м2.

Рис. 1, 2. Влияние климатических условий на расположение здания с учетом сторон света

Для определения энергопотребления здания в зависимости от формы рассчитаем fcges на примере простых геометрических фигур: квадрата, шара, цилиндра, конуса и прямоугольника.

Рассчитаем fcges шара с R=7,5

Рассчитаем k^es куба

Рассчитаем kЈes цилиндра

Рассчитаем kdes конуса

Рассчитаем kdes прямоугольника

Рассчитав kdes для приведенных выше фигур, стало ясно, что при одинаковой площади застройки максимально компактной является форма шара и квадрата, при этом, при одинаковой площади, форма шара гораздо объемнее. На втором месте оказалась форма цилиндра, но необходимо помнить - большое количество углов увеличивает теплопотери здания. На третьем месте форма конуса и на четвертом форма прямоугольника. Еще один важным показателем является изменение к^ез в зависимости от длины и высоты здания. Было отмечено:

- с увеличением этажности йзд .>S0CH.3. удельный расход энергии снижается;

- при увеличении высоты здания и площади основания расход энергии уменьшается.

Заключение

С ростом потребляемой энергии каждый год, и пагубным воздействием на природу, общество все больше понимает о необходимости сохранения энергии. Энергоэффективные подходы в строительстве имеют огромный потенциал сэкономить энергию и снизить в значительной мере пагубное влияние на природу. Существуют разные подходы для снижения энергопотребления здания. До начала строительства энергоэффективный подход включает в себя: выбор подходящего участка и оптимизация геометрии здания. При выборе участка важную роль играет район, в котором будет расположено здание, климатические показатели, количество солнечной радиация, скорость и температура воздуха, влажность воздуха. Все это влияет на затраты энергии. План должен быть запроектирован так, чтобы в холодное время года количество солнца поступало как можно больше, а в жаркое как можно меньше. Если климат жаркий необходимо обеспечить тень и прохладу, если холодный как можно больше тепла. При проектировании формы здания необходимо помнить про компактность здания fcges. Максимально компактной формой является форма шара и квадрата. С увеличением этажности Ьзд.>5осн.з. удельный расход энергии снижается. При увеличении высоты здания и площади основания расход энергии так же уменьшается.

Библиографические ссылки

1. Головнев С.Г. Оценка влияния архитектурно-планировочных решений гражданских зданий на энергоэффективность. [Электронный ресурс]. Режим доступа - URL: https://cyberleninka.ru (дата обращения: 17.12.18).

2. Izzet Yuksek and Tulay Tikansak Karadayi.,Energy-Efficient Building Design in the Context of Building Life Cycle. [Электронный ресурс]. Режим доступа - URL: https://www.intechopen.com (дата обращения: 16.12.18).

3. Камерина М.А., проектирование энергоэффективных зданий. [Электронный ресурс]. Режим доступа - URL: https://scienceforum.ru (дата обращения: 16.12.18).

4. МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению»

5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»

6. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»

7. Табунщиков Ю. А. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий. [Электронный ресурс]. Режим доступа - URL: https://www.abok.ru (дата обращения: 17.12.18).

Размещено на Allbest.ru